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2024年3月29日 星期五

岩石風化與氣候:地勢較低的山脈為最大的碳匯

 原文網址:https://www.lmu.de/en/newsroom/news-overview/news/rock-weathering-and-climate-low-relief-mountain-ranges-are-largest-carbon-sinks.html

侵蝕與風化如何影響地球數百萬年來的碳預算

地球表面的平均溫度數億年來的波動幾乎不超過20℃,而有助於生命存活在地球上。要維持如此穩定的溫度,地球勢必擁有一種「恆溫裝置」能以地質時間尺度來調節大氣中的二氧化碳濃度,進而影響全球溫度。在此恆溫裝置當中,岩石的侵蝕與風化作用是相當重要的一環。由慕尼黑大學的地質學家Aaron Bufe跟德國地球科學研究中心的Niels Hovius主持的研究團隊,最近模擬了這些作用對於大氣二氧化碳的影響。他們得到了令人驚訝的結果:透過風化反應捕捉到最多二氧化碳的地方為地勢較低、侵蝕速率一般的山脈,而非侵蝕速率最快的山區。

風化作用發生在岩石與水和空氣接觸的地方。「矽酸鹽風化的時候會從大氣中移除二氧化碳,之後以碳酸鈣的形式沉澱下來。相較之下,其他礦物相的風化作用,比方說碳酸鹽、硫化物或是岩石中的有機碳,則會釋放出二氧化碳。這些反應一般來說比矽酸鹽的風化速率快上許多,」Hovius表示。「結果便是造山作用對碳循環產生的影響是相當複雜的。」

Aaron Bufe正在觀察岩石受到的風化作用。 來自:C. Trepmann

2022年2月16日 星期三

新研究鞏固了冰河和地球的「大不整合面」之間的關聯

 原文網址:https://home.dartmouth.edu/news/2022/01/study-links-glaciers-earths-great-unconformity

發表在《美國國家科學院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)的新研究提出了更多證據,指出象徵地質歷史十億年之久的岩石被刮除掉,是「雪球地球」期間的古代冰河所造成。

稱為「大不整合面」的大量岩石缺失,最初的命名地點為大峽谷。圖片來源:Saad Chaudhry on Unsplash

2021年11月2日 星期二

解決一道歷時4000萬年的難題

 原文網址:https://news.climate.columbia.edu/2021/10/24/tackling-a-40-million-year-old-conundrum/

By Shilei Li, Steven L. Goldstein and Maureen E. Raymo

矽酸鹽礦物是多數岩石的主要成分。當這些礦物在地表跟水接觸,會和水中的二氧化碳反應而溶解一部份。這些溶掉的礦物接著被河流帶到海洋,最後由生物利用而在海中形成石灰岩之類的碳酸鹽。大氣裡的二氧化碳可以經由此過程移除並轉化成岩石――這道稱為矽酸鹽風化的作用可以說是自然界的碳封存範例。近代的矽酸鹽風化會隨著侵蝕速率而加快,也就是岩石破碎成更加細小的碎片的作用,像是溪水流動、凍融循環或是山崩。

新研究支持了數千萬年前安地斯山與喜馬拉雅山抬升,協助促成了隨後發生的冰河期的理論。圖中為尼泊爾的高山。圖片來源:Bisesh Gurung/unsplash

2020年7月3日 星期五

颱風可以改變地震發生的模式

原文網址:https://www.gfz-potsdam.de/en/media-and-communication/news/details/article/typhoon-changed-earthquake-patterns/

颱風可以改變地震發生的模式

By Josef Zens

地球的地殼一直受到應力作用。偶爾,這些應力會在大地震時釋放出來。地震發生的原因通常來自於地球表面板塊的緩慢移動。然而,還有另外一項迄今少有關注的影響因素:強烈的侵蝕作用可以暫時讓一個區域的地震活動出現明顯變化。最近德國地質科學研究中心(GFZ)的研究人員和國際同仁合作之下,證實了台灣曾經受此因素的影響。這項結果發表於期刊《科學報告》(Scientific Reports)

颱風造成的土地侵蝕移動了許多塊體並堆積至地勢較低的地方,使得地震活動增加。圖片來源:Philippe Steer, University of Rennes

2019年10月1日 星期二

為什麼山會長得這麼高?


為什麼山會長得這麼高?
研究人員分析世界各地的山脈之後,證實一項關於侵蝕和山脈高度關係的理論並非全然正確
By Danielle Torrent Tucker
地球上的高山與谷地千百萬年來不停變化,形成的層巒疊嶂交織成我們今日所見的壯麗地景。山脈的形成原因通常是地表下方有壓力往上推擠,但影響它們最終能長到多高的因素卻有很多,像是山峰之間的侵蝕作用,也就是河道的形成過程。
一條河川流過美國懷俄明州黃石公園的群山之間。新研究測試了一項三十年來有關侵蝕作用與山脈高度的理論。圖片來源:Seth Cottle/Unsplash

2019年9月18日 星期三

新研究在全世界的河川發現氣候留下的記號


新研究在全世界的河川發現氣候留下的記號
英國布里斯托大學的科學家主持並發表在期刊《自然》(Nature)的新研究質疑了現有理論――他們發現氣候在全世界的河川都留下了鮮明的記號。
文章中發現不同氣候帶的河川縱剖面具有不同的特性。濕潤(左下)和半乾燥(右)的河川顯示氣候造成他們的流量有所差異。圖片來源:布里斯托大學
地球科學家數十年來一直在試著找出氣候在河川形成過程中的影響,但目前為止還沒有得到系統性的證據。
如果你從河川的源頭往河口前進,路途中的海拔高度會一路降低。在某些河川中,這條路徑在高處時會下降得非常快,到了低處則變得相當平坦,結果便是形成一條凹口向上的高度剖面(又稱縱剖面),就像是從一個碗的碗口畫到碗底得到的形狀。相較來說,直線形的縱剖面就像一道斜坡,從源頭走到河口途中不管哪個高度的下降幅度都一樣。
陳宣安等人進行的新研究顯示濕潤地區的河川傾向形成凹口向上的縱剖面,而越乾燥的地區河川縱剖面則會越來越直。
布里斯托大學地理科學院的陳宣安是主要作者,他說:「河川縱剖面是經過數千年到數百萬年逐漸形成的,因此它可以訴說當地氣候歷史的宏觀故事。我們推測氣候會影響河川縱剖面,因為氣候決定了河川中有多少水在流,以及水流沿著河床推動沉積物的相關力度有多強。」
在此之前科學家缺乏一個有系統的大型資料庫涵蓋全世界各個氣候帶的河川,使他們無法全面探討氣候跟河川形狀之間的關係。研究團隊運用NASA太空梭蒐集到的數據,以及共同作者倫敦瑪麗王后大學的Stuart Grieve博士開發出的專門軟體,發展出新型且可以免費使用的河川縱剖面資料庫,其中涵蓋了超過33萬條世界各地的河川。
這篇研究首度證明全世界不同氣候帶的河川縱剖面有明顯差異,原因為乾燥在河川流量上呈現出來的影響。
濕潤地區的河川一般來說整年都有水在流動,因此可以持續搬運沉積物,並把河川縱剖面整體侵蝕成凹口向上的形狀。
隨著氣候逐漸變乾(從半乾燥、乾燥到超乾燥),一年中只有下雨時河川會流動幾次,造成沉積物很少受到搬運。
此外,乾燥地區的河川也較容易經歷短期而強烈的暴雨,這種降雨類型不會讓整條河川都有水在流動。
作者在論文中利用數值模型模擬河川縱剖面的演化歷程如何受到流量特性影響,因而解釋了氣候、流量和縱剖面形狀彼此之間的關聯。
作者指出不論河川縱剖面是否還有其他可能的控制條件,流量特性對最終形成的剖面形狀具有最主要的影響。他們證明資料庫中不同氣候帶的剖面形狀差異,可以用氣候對流量造成的不同特性來解釋。
布里斯托大學地理科學院的Katerina Michaelides博士主持了這項研究,她說:「數十年來教科書上的傳統理論,都將河川縱剖面描繪成會往凹口向上的形狀演化。在前人發表的研究中,濕潤地區的河川遠比乾燥地區的河川更常出現並受到深入探討,造成現有理論偏向從濕潤地區河川得到的觀察結果。」
「我們的研究證實世界上很多河川的剖面形狀並非是凹口向上,而直線形的剖面在乾燥環境中較為常見。」
「我認為乾燥地區的河川一直以來都沒有被好好研究並受到忽視,特別是考慮到乾旱地區其實占了全球陸地面積的40%。它們的流量特徵讓我們能從獨一無二的角度探討氣候對地表地形的影響。

New research identifies a climate signature in rivers globally
A new study, led by scientists from the University of Bristol and published in the journal Nature, discovers a clear climatic signature on rivers globally that challenges existing theories.
For decades geoscientists have been trying to detect the influence of climate on the formation of rivers, but up to now there has been no systematic evidence.
If you walk from a river’s source to its mouth, you walk a path that descends in elevation. In some rivers, this path will descend steeply out of the uplands, and then flatten out in the lowlands. This results in an elevational profile (which we call the long profile) that has a concave up shape, similar to the shape of the inside of a bowl as you trace it from the inside rim to the bottom. In contrast, a straight long profile descends evenly in elevation, like a ramp, along the path as you walk from the source to the mouth.
The new research by Chen et al. shows that while river long profiles tend to be concave up in humid regions, they become progressively straighter in drier regions.
Lead author Shiuan-An Chen from the University of Bristol’s School of Geographical Sciences, said: “The long profile is formed gradually over tens of thousands to millions of years, so it tells a bigger story about the climate history of region. We would expect climate to affect the river long profile because it controls how much water flows in rivers and the associated force of water to move sediment along the riverbed.”
Up until now scientists have lacked a large, systematic dataset of rivers that spans the range of climate zones on Earth, enabling full exploration of the links between climate and river form. The research team produced a new, freely available, database of river long profiles, generated from data originally collected by NASA’s space shuttle. They used specialist software developed by co-author Dr Stuart Grieve at Queen Mary University London to develop a new long profile database that includes over 330,000 rivers across the globe.
The study shows for the first time at the global scale that there are distinct differences in river long profile shapes across climate zones, and that the reason behind these differences lies in the expression of aridity in streamflow in rivers.
In humid regions, rivers tend to have flow in them all year round which continually moves sediment and erodes the overall profile into a concave up shape.
As the climate becomes progressively arid (from semi-arid, to arid, to hyper-arid), rivers only flow a few times per year when it rains, moving sediment infrequently.
Additionally, arid rivers tend to experience brief, intense rainstorms, which do not create flow over the entire river length. 
These links between climate, streamflow and long profile shape are explained in the paper using a numerical model which simulates the evolution of river profiles over time in response to streamflow characteristics.
The authors show that regardless of all other potential controls on river profiles, streamflow characteristics have a dominant effect on the final profile shape. They demonstrate that the differences in the climatic expression of streamflow explain the variations in profile shape across climatic regions in their database.
Dr Katerina Michaelides, also from Bristol’s School of Geographical Sciences, who led the research added: “Traditional theory included in textbooks for decades describes that river long profiles evolve to be concave up. Existing theories are biased towards observations made in humid rivers, which are far better studied and more represented in published research than dryland rivers.
“Our study shows that many river profiles around the world are not concave up and that straighter profiles tend to be more common in arid environments.”
“I think dryland rivers have been understudied and under-appreciated, especially given that drylands cover ~40% of the global land surface. Their streamflow expression gives unique insights into the climatic influence on land surface topography.”
原始論文:S-A. Chen, K. Michaelides, S. Grieve and M.B. Singer. Aridity is expressed in river topography globally'Nature, 2019 DOI: 10.1038/s41586-019-1558-8
引用自:University of Bristol. "Climate signature identified in rivers globally."

2018年7月9日 星期一

全球氣候跟侵蝕速率的關係?


全球氣候跟侵蝕速率的關係?
Josef Zens
過去數十年,地質科學家一直對地球表面的侵蝕速率和全球氣候變化之間的潛在關聯深感興趣,不過其中的成因和作用仍然不明。然而,一項新研究則直接質疑關聯本身的存在與否。由德國波茨坦地質科學研究中心、波茨坦大學、格勒諾布爾大學和愛丁堡大學組成的研究團隊重新檢視了過往研究中指出的,在數百萬年前的冰期間冰期循環開始之後侵蝕作用也加速的30個地點。結果近乎在所有地點中提出的侵蝕和全球氣候的潛在關聯都無法被確實證明。他們的研究成果刊登於期刊《自然》(Nature)
西阿爾卑斯山的Pilatte冰河(圖片來源:Taylor Schildgen)